Бумажные химикаты обозначают группу химикатов , которые используются для производства бумаги или изменяют свойства бумаги . Эти химикаты могут быть использованы для изменения бумаги многими способами, включая изменение ее цвета и яркости или повышение ее прочности и водостойкости. [1] Химикаты могут быть определены на основе их использования в процессе.
Химические вещества используются не только для придания бумаге определенных свойств, но и для регулирования круговорота воды в процессе, кондиционирования тканей, очистки оборудования и ряда других целей.
Химическая варка целлюлозы включает растворение лигнина для извлечения целлюлозы из древесного волокна. Различные процессы химической варки целлюлозы включают процесс Крафта , который использует каустическую соду и сульфид натрия и является наиболее распространенным; в качестве альтернативы, использование сернистой кислоты известно как сульфитный процесс , нейтральный сульфитный полухимический процесс рассматривается как третий процесс, отдельный от сульфита, и натронная варка целлюлозы , которая является наименее экологически опасной, использующей гидроксид натрия или антрахинон . [2]
Каустическая сода добавляется для повышения pH в процессе варки волокон. Более высокий pH раствора бумажного волокна приводит к разглаживанию и набуханию волокон, что важно для процесса измельчения волокон.
При производстве белой бумаги древесная масса отбеливается для удаления любого цвета из следовых количеств лигнина, которые не были извлечены в процессе химической варки. Существует три основных метода отбеливания:
Большинство типов бумаги должны обладать некоторой водостойкостью, чтобы поддерживать определенное качество письма и пригодность для печати. До 1980 года типичным способом добавления этой стойкости было использование канифоли в сочетании с квасцами . Когда бумажная промышленность начала использовать мел вместо каолина в качестве наполнителя, химия бумаги должна была перейти на нейтральный процесс. В нескольких местах используются AKD ( алкилкетеновый димер ) и ASA ( алкенилянтарный ангидрид ). Последняя разработка заключается в использовании поверхностной проклейки, [5] которая наносится с помощью клеильного пресса. Преимущество поверхностной проклейки заключается в том, что она не влияет на химию воды на заднем плане.
Добавки для повышения влагопрочности гарантируют, что бумага сохраняет прочность при намокании. Это особенно важно для папиросной бумаги . Химикаты, обычно используемые для этой цели, включают эпихлоргидрин , меламин , мочевиноформальдегид и полиимины . Эти вещества полимеризуются в бумаге и приводят к образованию укрепляющей сети.
Для повышения прочности бумаги катионный крахмал добавляется к влажной пульпе в процессе производства. Крахмал имеет схожую химическую структуру с целлюлозным волокном пульпы, а поверхность как крахмала, так и волокна заряжена отрицательно. При добавлении катионного (положительно заряженного) крахмала волокно может связываться с крахмалом и, таким образом, также увеличивать взаимосвязи между волокнами. Положительно заряженная часть крахмала обычно образована четвертичными катионами аммония . Используемые четвертичные соли включают 2,3-эпоксипропилтриметиламмонийхлорид (EPTAC, также известный как или Glytac Quab, GMAC™) и (3-хлор-2-гидроксипропил)триметиламмонийхлорид (CHPTAC, также известный как Quat 188, Quab 188, Reagens™).
Добавки для повышения прочности в сухом состоянии или агенты для повышения прочности в сухом состоянии — это химические вещества, которые повышают прочность бумаги в нормальных условиях. Они повышают прочность бумаги на сжатие , прочность на разрыв, прочность на разрыв и сопротивление расслоению. Типичные используемые химические вещества включают производные катионного крахмала и полиакриламида (ПАМ). Эти вещества работают, связывая волокна, часто с помощью ионов алюминия в листе бумаги.
Связующие способствуют связыванию частиц пигмента между собой и слоем покрытия бумаги. [6] Связующие представляют собой сферические частицы диаметром менее 1 мкм. Обычными связующими являются сополимер стирола и малеинового ангидрида или сополимер стирола и акрилата. [7] Химический состав поверхности различается по адсорбции акриловой кислоты или анионного поверхностно-активного вещества , оба из которых используются для стабилизации дисперсии в воде. [8] Со-связующие, или загустители, обычно представляют собой водорастворимые полимеры, которые влияют на вязкость цвета бумаги, удержание воды, проклейку и блеск. Некоторые распространенные примеры — карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ), катионная и анионная гидроксиэтилцеллюлоза (ЭГЭЦ), модифицированный крахмал и декстрин . Стирол-бутадиеновый латекс, стирол-акрил, декстрин , окисленный крахмал используются в покрытиях для связывания наполнителя с бумагой. Со-связующие — это натуральные продукты, такие как крахмал и КМЦ ( карбоксиметилцеллюлоза ), которые используются вместе с синтетическими связующими, такими как стирол-акрил или стирол-бутадиен. Со-связующие используются для снижения стоимости синтетического связующего и улучшения водоудержания и реологии покрытия .
Минеральные наполнители используются для снижения потребления более дорогого связующего материала или для улучшения некоторых свойств бумаги. [9] Китайская глина , карбонат кальция, диоксид титана и тальк являются распространенными минеральными наполнителями, используемыми в производстве бумаги. [ требуется ссылка ]
Удерживающий агент добавляется для связывания наполнителей с бумагой. Наполнители, такие как карбонат кальция , обычно имеют слабый поверхностный заряд. Удерживающий агент представляет собой полимер с высокими катионными, положительно заряженными группами. Дополнительной функцией удерживающего агента является ускорение обезвоживания в сеточной части бумагоделательной машины . Полиэтиленимин и полиакриламид являются примерами химикатов, используемых в этом процессе. [ необходима цитата ]
Можно добавлять пигменты , поглощающие в желтой и красной части видимого спектра. По мере поглощения света красителем яркость бумаги будет уменьшаться, в отличие от эффекта оптического отбеливателя. Для повышения белизны часто используют комбинацию пигментов и оптического отбеливателя. Наиболее часто используемые пигменты — синие и фиолетовые красители. [ необходима цитата ]
Оптический отбеливатель используется для того, чтобы бумага казалась белее. Оптически отбеливающие агенты используют флуоресценцию для поглощения невидимого излучения из ультрафиолетовой части светового спектра и переизлучают излучение в виде света в видимом синем диапазоне. Таким образом, оптически отбеливающий агент генерирует синий свет, который добавляется к отраженному свету. Дополнительный синий свет компенсирует желтоватый оттенок, который в противном случае присутствовал бы в характеристиках отраженного света. Таким образом, он увеличивает яркость материала (когда освещение включает ультрафиолетовое излучение). [10]
{{cite book}}: CS1 maint: местоположение ( ссылка )